数字频率计的设计论文(2)

2.3.2 三路信号的产生 .................................................................................... 24 2.3.4 单片机基本组成电路............................................................................. 25 2.3.5 显示电路 ............................................................................................... 26 3 系统软件设计框图 ...................................................................................... 27 3.1 软件流程图 .............................................................................................. 27 3.2 程序模块的实现 ....................................................................................... 28 3.2.1 显示程序的编程 .................................................................................... 28 3.2.2 控制模块程序实现 ................................................................................ 28 4 仿真软件的使用及测试结果 ....................................................................... 31 4.1 仿真软件简介........................................................................................... 31 4.2 仿真测试结果........................................................................................... 32 5 结论 ............................................................................................................ 37 致谢 ................................................................................................................ 38 参考文献......................................................................................................... 39 附录A中文资料 ............................................................................................. 40 附录B译文 ..................................................................................................... 45 附录C程序 ..................................................................................................... 53 附录D原理图 ................................................................................................. 59

辽宁工程技术大学毕业设计

前言

随着电子信息产业的发展，信号作为其最基础的元素，其频率的测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要，而且需要测频的范围也越来越宽。传统的频率计通常采用组合电路和时序电路等大量的硬件电路构成，产品不但体积较大，运行速度慢，而且测量范围低，精度低。因此，随着对频率测量的要求的提高，传统的测频的方法在实际应用中已不能满足要求。因此我们需要寻找一种新的测频的方法。随着单片机技术的发展和成熟，用单片机来做为一个电路系统的控制电路逐渐显示出其无与伦比的优越性。因此本论文采用单片机来做为电路的控制系统，设计一个能测量高频率的数字频率计。用单片机来做控制电路的数字频率计测量频率精度高，测量频率的范围得到很大的提高。

本论文的任务是设计一个基于单片机技术的数字频率计。主要介绍了整形电路、控制电路和显示电路的构成原理，以及其测频的基本方法。进行了相应的硬软件设计。

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靳琳：数字频率计的设计

1 概述

1.1 频率计的定义

频率为一秒时间内信号变化的次数。数字频率计是采用数字电路制成的实现对周期性变化信号的频率的测量。

优点及用途：数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。它是一种用十进制数字，显示被测信号频率的数字测量仪器。它的基本功能是测量正弦信号，方波信号以及其他各种单位时间内变化的物理量。在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精度高，显示直观，所以经常要用到数字频率计。

1.2 数字频率计设计的几种方案

测量频率的方法有很多种，主要分为模拟法和数字法两大类，因为本次设计的要求和环境，现在主要讨论数字法中的电子计数式的几种测频方法。

电子计数式的测频方法主要有以下几种：脉冲数定时测频法（M法），脉冲周期测频法（T法），脉冲数倍频测频法（AM法），脉冲数分频测频法（AT法），脉冲平均周期测频法（M/T法），多周期同步测频法。下面是几种方案的具体方法介绍。

脉冲数定时测频法（M法)：此法是记录在确定时间Tc内待测信号的脉冲个数Mx，则待测频率为：

Fx? (1-1)

脉冲周期测频法（T法）：此法是在待测信号的一个周期Tx内，记录标准频率信号变化次数Mo。这种方法测出的频率是：

Fx?Mo/Tx (1-2)

脉冲数倍频测频法（AM法）：此法是为克服M法在低频测量时精度不高的缺陷发展起来的。通过A倍频，把待测信号频率放大A倍，以提高测量精度。其待测频率为：

Fx?Mx/ATo (1-3)

脉冲数分频测频法（AT法）：此法是为了提高T法高频测量时的精度形成的。由于T法测量时要求待测信号的周期不能太短，所以可通过A分频使待测信号的周期扩大A倍，所测频率为：

Fx?AMo/Tx

（1-4）

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脉冲平均周期测频法（M/T法）：此法是在闸门时间Tc内，同时用两个计数器分别记录待测信号的脉冲数Mx和标准信号的脉冲数Mo。若标准信号的频率为Fo，则待测信号频率为：

Fx?FoMx/Mo （1-5）

多周期同步测频法：是由闸门时间Tc与同步门控时间Td共同控制计数器计数的一种测量方法，待测信号频率与M/T法相同。

1.3 几种方案的优劣讨论

以上几种方法各有其优缺点：

脉冲数定时测频法，时间Tc为准确值，测量的精度主要取决于计数Mx的误差。其特点在于：测量方法简单，测量精度与待测信号频率和门控时间有关，当待测信号频率较低时，误差较大。

脉冲周期测频法，此法的特点是低频检测时精度高，但当高频检测时误差较大。 脉冲数倍频测频法，其特点是待测信号脉冲间隔减小，间隔误差降低；精度比M法高A倍，但控制电路较复杂。

脉冲数分频测频法，其特点是高频测量精度比T法高A倍，但控制电路也较复杂。 脉冲平均周期测频法，此法在测高频时精度较高，但在测低频信号时精度较低。 多周期同步测频法，此法的优点是，闸门时间与被测信号同步，消除了对被测信号计数产生的±1个字误差，测量精度大大提高，且测量精度与待测信号的频率无关，达到了在整个测量频段等精度测量。

本次设计采用的是分频法，具体设计原理如在下文详细介绍。

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2 系统硬件设计

2.1 系统芯片介绍

2.1.1 LM324

LM324为四运放集成电路，采用14脚双列直插塑料封装,内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。电路功耗很小，LM324工作电压范围宽，可用正电源3～32V，或正负双电源±1.5V～±15V工作。它的输入电压可低到地电位，而输出电压范围为O～Vcc。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互单独。每一组运算放大器可用如图所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。

LM324的真值表如下：

表1 LM324功能 Tablet.1 Function table of LM324

引脚 1 2 3 4 5 6 7

功能 输出1 反向输入1 正向输入1 电源 正向输入2 反相输入2 输出2

电压（V） 引脚

3.0 2.7 2.8 5.1 2.8 1.0 3.0

8 9 10 11 12 13 14

功能 输出3 反向输入3 正向输入3

地 正向输入4 反向输入4 输出4

电压（V）

3.0 2.4 2.8 0 2.8 2.2 3.0

LM124、LM224和LM324引脚功能及内部电路完全一致。LM124是军品，LM224为工业品，而LM324为民品。

由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等特点，因此它被非常广泛的应用于各种电路中。

LM324系列运算放大器是价格便宜的带差动输入功能的四运算放大器，可工作在单电源下，电压范围是3.0V~32V或+16V。

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